2.4. Закон прямолінійного поширення світла

В основі геометричної оптики лежить ряд законів, установлених експериментально. Один з них – закон прямолінійного поширення світла:

 Світло в порожнечі або однорідному середовищі поширюється прямолінійно.

Прямолінійність поширення світла підтверджується

утворенням тіні. Якщо взяти точкове джерело світла, екран і між ними помістити непрозорий предмет, то на екрані з’явиться темне зображення його обрисів – тінь.

 Тінь – ділянка простору, у яку не потрапляє світлова енергія від джерела світла.

Можна дати ще одне визначення: тінь – ділянка простору, з якої не можна побачити джерело світла.

Якщо ж ми візьмемо протяжне джерело світла, то на екрані навколо тіні утвориться ще й півтінь, тобто ділянка простору, з якої джерело світла можна побачити лише частково. Або інакше:

 Півтінь – ділянка простору, у яку світлова енергія від джерела світла потрапляє частково.

Тіньовими проекціями користуються в театрі тіней, для демонстрації дослідів, наприклад для показу демонстрації броунівського руху тощо.

Утворенням тіні й півтіні пояснюють сонячні й місячні затемнення. У разі сонячного затемнення повна тінь від Місяця падає на Землю. Із цього місця Землі Сонця не видно.

 Коли Місяць, обертаючись навколо Землі, потрапляє в її тінь, то спостерігають місячне затемнення.

У тих місцях Землі, куди впала тінь, буде спостерігатися повне затемнення Сонця. У місцях півтіні тільки частина Сонця буде закрита Місяцем, тобто відбудеться часткове затемнення Сонця.

Місяць - природний супутник Землі. Протягом місяця ми можемо спостерігати, як змінюється форма видимої із Землі частини Місяця.Різні форми видимої із Землі частини Місяця називають фазами Місяця.

Ще у глибоку давнину люди могли пояснити явище зміни місячних фаз.

Фази Місяця пояснюються взаємним розташуванням Сонця, Місяця і Землі, а також тим, що Місяць власного світла не випромінює, а відбиває сонячне. Сонце знаходиться на великій відстані від Місяця, тому пучок сонячних променів, що падає на Місяць, можна вважати паралельним. Унаслідок цього освітлюється тільки половина Місяця, а друга його половина залишається в тіні. Рух Землі і Місяця приводить до того, що до Землі можуть бути одночасно обернені світла і темна частини Місяця, і тоді він здається нам неповним. Різні фази Місяця зображено на малюнках.

 Коли Місяць проходить між Сонцем і Землею, до нас обернено його темний бік. Тоді Місяця зовсім не видно. Цю фазу називають молодиком. Через 2 дні, коли Місяць переміститься на схід від Сонця, до нас буде обернена невелика частина освітленої півкулі Місяця - буде видно вузький серп. Ще через 5 днів ми побачимо праву половину світлої півкулі Місяця - першу чверть. За 2 тижні після нового Місяця настає наступна місячна фаза - повний місяць. Після повного Місяця його освітлена частина починає зменшуватися - настає остання чверть, і ми бачимо ліву половину півкулі Місяця. У наступні дні Місяць набуває форми серпа, і, нарешті, його не видно -знову настає молодик.

Під час повного сонячного затемнення швидко темніє. На небі стає видно зірки і планети. Знижується температура повітря, іноді випадає роса. У небі видно чорний диск з палаючою навколо нього сонячною короною. У давні часи вважали, що це величезний дракон пожирає Сонце.

Подальше переміщення Місяця приводить до того, що через деякий час знову стає видно вузький сонячний серп, а сонячну корону вже не видно. Диск Місяця переміщається все далі у східному напрямку, і незабаром на небі знову яскраво світить Сонце.

Повне затемнення може тривати не

більше ніж 8 хвилин, зазвичай 2-3 хвилини. У різних точках поверхні Землі сонячне затемнення не тільки спостерігається по-різному, але й настає в різний час. Це пояснюють тим, що внаслідок руху Місяця навколо Землі тінь Місяця (область повного затемнення) рухається по поверхні Землі із заходу на схід зі швидкістю 1 км/с. Повне затемнення можна спостерігати в межах смуги завдовжки в кілька тисяч кілометрів і завширшки 270 км. На решті частини поверхні Землі це затемнення спостерігається як часткове або не спостерігається.

Повне сонячне затемнення на Землі можна спостерігати один раз на півтора року, а ось в одному і тому самому місці земної поверхні - рідко, лише один раз на 300 років.

Коли Місяць потрапляє в тінь Землі, настає місячне затемнення Місячні затемнення відбуваються тільки при повному Місяці. Оскільки Місяць рухається із заходу на схід, то коли він, переміщаючись, починає заходити в тінь Землі, на місячному диску з’являється «щербина», що поступово збільшується в розмірах. Місяць набуває форми серпа, що на вигляд різко відрізняється від звичайних місячних фаз.

Затемнення Місяця буде повним, якщо він повністю увійде в тінь Землі. Якщо ж він переміщується лише по частині області земної тіні, затемнення буде частковим.

Діаметр земної тіні значно більший від діаметра місячного диска, тому повне місячне затемнення триває порівняно довго, близько 2 годин.

Картина місячного затемнення виглядає однаково під час спостереження з будь-якої точки поверхні Землі, зверненої в цей час до Місяця, і у всіх цих точках воно починається і закінчується одночасно.

При повному затемненні місячний диск стає темно-червоного кольору.

Космонавт, який перебував би в цей час на Місяці, міг би спостерігати чорний диск Землі із червоним кільцем навколо нього.

Кожні 18 років відбувається 29 місячних затемнень, але інтервали часу між ними різні. Так, упродовж року може не спостерігатися жодного місячного затемнення, а наступного року їх буде 2 або 3.

Завдання для самоперевірки